processi spontanei · la trasformazione di diamante in grafite è un processo spontaneo ma molto...

PROCESSI SPONTANEI

Tendono a verificarsi senza l’intervento di una azione esterna.

Fe

150°C

T amb = 25°C

Fe

25°C

T amb = 25°C

Trasf. NON spontanea

Trasf. spontanea

La spontaneità di un processo non è legata alla velocità con cui avviene tale processo.

Es.

La trasformazione di diamante in grafite è un processo spontaneo ma molto lento

SPONTANEITA’ E’ UN CONCETTO TERMODINAMICO E NON CINETICO

ENTROPIA

L’entropia è una misura del grado di disordine di un sistema.

(Una definizione molto poco precisa ma utile per i nostri scopi)

Entropia è una funzione di stato ed ha tutte le caratteristiche di tale funzione si

indica con la lettera S

Cosa succede all’entropia durante i passaggi:

L’entropia aumenta (di solito)

VARIAZIONI di ENTROPIA del SISTEMA

Valutare le variazioni di entropia del sistema (ΔS) nelle seguenti equazioni:

Per valutare la spontaneità di un processo bisogna considerare il ΔS

universo non solo quello del sistema!!!

Vedremo che la funzione entropia è collegata alla previsione della spontaneità di

un processo ma:

ENTROPIA di una SOSTANZA PURA

Per definizione l’entropia di un

solido cristallino perfetto allo 0

assoluto è pari a zero.

S per definizione non sarà mai

negativa

L’entropia cresce con la temperatura

a causa della crescita del moto

termico (crescita disordine)

Per ogni sostanza si definisce la S°

(entropia molare standard), cioè il

valore di S per 1 mole di quella

sostanza pura in condizioni

standard

Il diamante possiede una struttura molto più rigida ed ordinata di quella

del saccarosio

N.B. unità di misura!

ENTROPIA MOLARE STANDARD

VARIAZIONI di ENTROPIA nelle REAZIONI

CHIMICHE

Supponiamo di fare avvenire una reazione a P=1atm e a 25°C (condizioni comuni).

Quanto vale il ΔS° passando da reagenti a prodotti??

Calcolare ΔS° per la reazione (25°C):

Calcolare ΔS° per il processo a 0°C:

Aumento (ovvio) di ordine passando da liquido a solido.

SECONDO PRINCIPIO della

TERMODINAMICA

Definizione a noi utile:

Si consideri un sistema isolato (universo), non all’equilibrio. Si misuri il ΔS

(univ.)= ΔS (sistema) + ΔS (ambiente) per un particolare processo. Tale

processo avverrà spontaneamente se ΔS (univ.)>0.

Se ΔS (sistema) è facilmente calcolabile, come si calcola ΔS (ambiente)??

Qualitativamente

Un processo esotermico porta

ad un aumento dell’entropia

dell’ambiente.

Un processo endotermico

porta ad una diminuzione

dell’entropia dell’ambiente.

ΔS(ambiente) vs TEMPERATURA

Una stessa quantità di calore che fluisce dal sistema verso l’ambiente causa un

aumento dell’entropia inversamente proporzionale alla temperatura dell’ambiente.

Si può dimostrare che:

Il ΔH è riferito al sistema, perciò processi

endotermici causano ΔS(amb.) <0

Per processi esotermici come risulta il

ΔS(amb.) ??

Prevedere il ΔS(univ.), quindi se la reazione è spontanea o no, per:

Processo spontaneo!!!

univ.

SISTEMI all’EQUILIBRIO

A 0°C

Un esempio per tutti:

!

Generalizzabile per tutti i sistemi in equilibrio dinamico:

ΔS(univ.) = 0

Per fare avvenire la solidificazione dell’acqua spontaneamente bisogna

abbassare la temperatura dell’ambiente.

Trasformazione spontanea liquido solido

Se T ambiente viene posta a +1°C cosa succederà??

ΔS <0, il processo di solidificazione non è spontaneo. Quello di liquefazione sì!!!

aA + bB cC + dD

Se analizzando il processo da sinistra verso destra ΔS >0, il processo è spontaneo.

Se analizzando il processo da sinistra verso destra ΔS <0, il processo è non è

spontaneo, ma spontaneo è quello da destra verso sinistra.

Se analizzando il processo da sinistra verso destra ΔS =0, il processo è all’equilibrio.

Nessuno dei due processi possibili è spontaneo (oppure entrambi i processi hanno

un ugual grado di spontaneità).

REAZIONI ESOTERMICHE REAZIONI ENDOTERMICHE

ΔS(sist.) >0? si Reazione

spontanea

no

Perché sia

spontanea il

ΔS(amb.) >0 deve

compensare il valore

negativo di ΔS(sist.).

Un abbassamento

della T può portare

alla spontaneità del

processo

ΔS(sist.) <0? si

Reazione

NON

spontanea no

Spontanea se

ΔS(sist.) in valore

assoluto è maggiore

di ΔS(amb.).

Un aumento della T

può portare alla

spontaneità del

processo

Esempi:

Però ΔS(sist.) >>0, il processo ha buone possibilità di essere spontaneo. A T=

25°C il processo non è spontaneo ma a 800°C sì!!!

Per la reazione:

e

Il processo è spontaneo o no???